UC Berkeley ontwikkelt ‘s werelds kleinste draadloos bestuurbare vliegende robot

Ingenieurs van de University of California, Berkeley hebben een vliegende robot ontwikkeld die kleiner is dan 1 cm en slechts 21 mg weegt. Het apparaat kan zweven, van richting veranderen en zelfs doelen raken, en geldt daarmee als de kleinste draadloos bestuurbare robot met gecontroleerde vlucht ter wereld.

De minuscule robot is geïnspireerd op de aerodynamica van een hommel. In plaats van een interne batterij of elektronische besturing, wordt het apparaat aangedreven en bestuurd via een extern magnetisch veld. De robot heeft de vorm van een kleine propeller en bevat twee piepkleine magneten. Door de wisselwerking met een extern magnetisch veld gaan deze magneten draaien, waardoor voldoende lift ontstaat om de robot te laten vliegen.

“Bijen hebben indrukwekkende luchtvaartcapaciteiten, zoals navigeren, zweven en bestuiven, waar kunstmatige robots van vergelijkbare schaal vaak niet aan kunnen tippen,” zegt professor Liwei Lin van de afdeling werktuigbouwkunde aan UC Berkeley. “Deze vliegende robot kan draadloos worden bestuurd om een specifiek doel te benaderen en te raken, en bootst daarmee het mechanisme van bestuiving na: zoals een bij nectar verzamelt en weer wegvliegt.”

Door de sterkte van het magnetisch veld te variëren, kan het traject van de robot nauwkeurig worden gecontroleerd. In vergelijking met eerdere prototypes, die een doorsnede van minimaal 2,8 cm hadden, is dit een forse stap richting verdere miniaturisering.

Toepassingen en uitdagingen

Volgens mede-auteur Fanping Sui zijn de mogelijke toepassingen breed: “Piepkleine vliegende robots zijn handig voor het verkennen van kleine holtes en andere ingewikkelde omgevingen. Ze kunnen worden ingezet voor kunstmatige bestuiving of voor inspectie in krappe ruimtes, zoals binnenin een pijpleiding.”

Toch zijn er nog beperkingen. De robot vliegt passief: hij heeft geen interne sensoren om zijn positie of richting bij te houden, waardoor aanpassingen tijdens de vlucht niet mogelijk zijn. Een plotselinge windstoot kan het apparaat bijvoorbeeld uit koers brengen. Daarnaast is er voor de werking een relatief sterk elektromagnetisch veld nodig.

Volgende stappen in het onderzoek

Het onderzoeksteam werkt aan verdere verfijning. “In de toekomst willen we actieve besturing toevoegen, zodat we de houding en positie van de robot in realtime kunnen aanpassen,” zegt medeonderzoeker Wei Yue. Door het ontwerp nog verder te verkleinen tot onder de 1 millimeter, zou het mogelijk worden om de robot aan te sturen via zwakkere velden zoals radiogolven.

Naast de vliegende robot werkt het onderzoeksteam ook aan andere micro-robots. Zo is er een kakkerlakachtig model dat tegen een stootje kan, en wordt geëxperimenteerd met zwermrobots die collectief taken uitvoeren. “Ik werk aan robots van 5 millimeter groot die kunnen kruipen, rollen en draaien. Ze kunnen samenwerken in kettingen of patronen, of complexere taken uitvoeren,” zegt Yue. “Mogelijk kunnen ze in de toekomst worden gebruikt voor minimaal invasieve chirurgie. We zouden er dan meerdere tegelijk in het lichaam kunnen inbrengen, waar ze samenwerken om bijvoorbeeld stents te vormen of bloedklonters te verwijderen.”

Het onderzoek is gepubliceerd in Science Advances en werd mede gefinancierd door het Berkeley Sensor and Actuator Center.